JPS583205B2 - 超広帯域単一モ−ド光フアイバ - Google Patents

超広帯域単一モ−ド光フアイバ

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Publication number
JPS583205B2
JPS583205B2 JP54130449A JP13044979A JPS583205B2 JP S583205 B2 JPS583205 B2 JP S583205B2 JP 54130449 A JP54130449 A JP 54130449A JP 13044979 A JP13044979 A JP 13044979A JP S583205 B2 JPS583205 B2 JP S583205B2
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JP
Japan
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refractive index
core
optical fiber
dispersion
single mode
Prior art date
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Expired
Application number
JP54130449A
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English (en)
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JPS5652705A (en
Inventor
岡本勝就
宮哲雄
枝広隆夫
川名明夫
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Priority to CA361,299A priority patent/CA1124120A/en
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Priority to EP80106026A priority patent/EP0027223B1/en
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Publication of JPS583205B2 publication Critical patent/JPS583205B2/ja
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Expired legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/02214Optical fibres with cladding with or without a coating tailored to obtain the desired dispersion, e.g. dispersion shifted, dispersion flattened
    • G02B6/02219Characterised by the wavelength dispersion properties in the silica low loss window around 1550 nm, i.e. S, C, L and U bands from 1460-1675 nm
    • G02B6/02228Dispersion flattened fibres, i.e. having a low dispersion variation over an extended wavelength range
    • G02B6/02238Low dispersion slope fibres

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、広い波長帯域における分散に基づく信号歪が
最少となる単一モード光ファイバに関するものである。
単一モード光ファイバは、多モード光ファイバに比して
分散が少なく広波長帯域となっているが、材料分散およ
び導波路分散に起因する信号歪のため、自ずから使用可
能な光の波長帯域が制限される。
すなわち、光ファイバのコア内へ投射された光は、コア
とクラツドとの境界による反射を反復してコア内を伝搬
するが、光の伝搬状況を示す伝搬定数は光の角周波数に
対して非直線的に変化し、角周波数が大きくなると光伝
搬モードに高次モードが発生する。
したがって、光ファイバを単一モードとして使用する場
合には、高次モードが発生する角周波数をωcとしたと
き、0〜ωcの角周波数により使用しなければならない
また、材料分散は光ファイバを構成するガラスの屈折率
が光の波長に対し非直線的な変化を呈することにより発
生し、コアの屈折率をn1、光の波長をλ、真空中の光
速をCとするとき、単一モード光ファイバの材料分散σ
Mは次式により示される。
一方、導波路分散は、伝搬定数βと光の角周波数ωとの
関係によって定まり、単一モード光ファイバの場合、導
波路分散σWは次式によって与えられる。
ただし、(1)(2)式のdは微分記号である。
なお、材料分数σMと導波路分散σWとの和が全分散σ
Tであり、伝搬の可能な光の周波数帯域幅fは次式によ
って与えられる。
ここで、コアとクラツドとの屈折率差が小さく、かつ、
両者の屈折率がステップ状に変化する従来このステップ
形単一モード光ファイバにおける分散σと光の波長λと
の関係を示せば第1図のとおりである。
ただし、同図は、屈折率差△=0.32%、コアの直径
2a=6.0μm、コアの屈折率n1=1.46319
の例であるが、同図から明らかなとおり、特定の波長に
おいて全分散σTが零となっても、他の波長においては
全分散σTが急速に増大し、(3)式に基づく周波数帯
域幅fが低下する。
一方、石英ガラス系の光ファイバにおいては、光の伝送
損失がλ=1.5〜1.6μmにおいて最少となること
が理論的、実験的に明らかとなされており(宮、他著:
Electron Lett Voll5、P106、
1979参照)、この波長域での全分散σTを最少にで
きれば、超広帯域かつ超長距離の光伝送が実現する。
したがって、従来の単一モード光ファイバに関するこの
種の研究は、全分散σTが零となる波長λ0をλ=1.
5〜1.6μmの間へ移動させることに主眼が置かれて
おり(土屋、他著:Electron Lett,Vo
l15、P476、1979参照)、種種の成果が示さ
れてはいるものの、伝送すべき波長がλ0から外れると
全分散σTが急激に大となり、これによって伝送可能な
光の帯域幅が制限される欠点を生ずるものであった。
本発明は、従来のかゝる欠点を一挙に解決する目的を有
し、ステップ型かつ従来よりも高屈折率差のコアとクラ
ツドとを用いると共に、特定の条件下において屈折率差
に応じて定められるコアの外径とすることにより、極め
て広帯域な伝送特性を実現した超広帯域単一モード光フ
ァイバを提供するものである。
以下、実施例を示す第2図以降により本発明の詳細を説
明する。
第2図は光ファイバの構造を示す斜視図であり、.石英
ガラス等からなるコア1と、これを包囲する同様のクラ
ツド2とからなり、コア1の屈折率はn1、クラツド2
の屈折率は口2になっていると共に、コア1の直径は半
径をaとするとき2aによつて示されている。
なお、コア1とクラツド2との屈折率差△は次式によっ
て示されるものとなっている。
また、この例では、従来のものが△=0.2〜0.7%
であるのに対し△=2.4%と高屈折率差になっている
と共に、コア1の直径2a=3.46μmであり、コア
1とクラツド2との屈折率n1,n2との関係は、屈折
率をn、コア1の中心から外方への半径をrとして示す
とき、第3図のとおりステップ形分布となっている。
このほか、屈折率分布としては第4図に示すとおり種々
のものが考えられ、同図囚の2乗分布、同図(B)のM
形分布、同図(C)のW形分布等が想定されるため、こ
れらについて、伝送すべき光の周波数と導波路分散との
関係につき、単一モード光ファイバとして検討を行なっ
たところ第5図に示す結果が得られた。
たゞし、同図は導波路分散σWと光速Cとの積による規
格化導波路分散CσWを縦軸に取り、次式によって求め
る規格化周波数vを横軸に取って示してある。
また、同図の(A)〜(C)は第4図の(A)〜(C)
と対応し第5図の鋤は第3図のステップ形分布のもので
あり、いずれも同一屈折率差を前提としている。
こゝで、規格化導波路分散CσWに注目するとき、第5
図の(D)が最も大となっており、材料分散σMとの和
による全分散σTを、両分散σWとσMとの相殺により
最少とするうえからは、同図(D)のものすなわち第3
図に示すステップ分布形が最も有利であることが明らか
である。
第6図はステップ形分布とした第2図の光ファイバにつ
き、伝送すべき光の波長λに対する各分散σの変化を示
したものであり、上述のとおり屈折率差△=2.4%、
コア1の直径2a=3.46μmの場合、波長λ=1.
48〜2.0μmにわたり、全分散σTが±1ps/K
m/nm以下となっており、この帯域において良好な伝
搬の行なわれることが示されている。
下表は、かかる事実に基づき、電子計算機を用いたシミ
ュレーションによって、屈折率差△を変化させたときの
、これに応じたコア1の直径2aおよび全分散σTが±
1ps/Km/nm以下となる波長範囲λbを求めたも
のであり、屈折率差△とコア1の直径2aとを対応させ
て選定することにより、広い波長範囲λbを得ることが
できる。
第7図は、前表と同様に全分散σT、高次モードの発生
する波長λ。
およびコア1の直径2a等の相互関係、ならびに、伝送
損失Lが0.5dB/Km以下の範囲を求め、屈折率差
△を横軸、波長λおよびコア1の直径2aを縦軸に取っ
て示した図であり、全分散σTが±1ps/Km/nm
以下となる範囲はσガおよびσTdにより示され、伝送
損失が0.5dB/Kmとなる限界はLuおよびLdに
よつで示されており、単一モードであると共に全分散σ
Tが±1pVKm/nm以内かつ伝送損失が0.5dB
/Km以下の条件とするには、同図に斜線した範囲内で
あればよいことが明らかであり、これによって示される
波長λの帯域に応じて屈折率差△を求めることができる
また、屈折率差△を決定すれば、これき対応するコア1
の直径2aを示す曲線2aから、具体的な直径値が求め
られる。
したがって、波長λ=1.5μm近傍の光を主として伝
送するには、上表に示したとおり屈折率差△=2.4〜
1.5%、コア1の直径2a=3.46〜4.12μm
が好適となるが、条件によっては第7図の関係から、屈
折率差△を1〜3%としたうえ、これに応じてコア1の
直径2aを前表の関係から少くとも0.04μmの波長
帯域において全分散σTが±1ps/Km/nm以下と
なる様に定めることにより、超広帯域の単一モード光フ
ァイバが得られる。
なお、許容全分散σTを±1ps/Km/nmより大と
し、かつ、許容伝送損失Lも0.5dB/Kmより大と
すれば、より広帯域の光伝送が行なわれることは勿論で
ある。
このほか、高屈折率差を得るためコア1の屈折率ロ1を
大とするには、石英ガラスを主成分さし、これへゲルマ
ニウムを添加すれば好適である。
以上の説明により明らかなとおり本発明によれば、石英
系光ファイバの伝送損失が最低となる1.5μm近傍の
波長を含む広帯域において、全分散を±1ps/Km/
nm以内とすることができるため、WDM(波長多重)
により超広帯域かつ超長距離伝送を行なうことができる
また、高屈折率差により光源との光結合効率が従来のも
のに比し3〜4倍改善されると共に、海底光ファイバケ
ーブルとして用いた場合には、静水圧による伝送損失の
増加が従来のものに対して減少する等の利点を有し、各
種の光伝送用として顕著な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の単一モード光ファイバにおける分散と光
の波長との関係を示す図、第2図は本発明の実施例を示
す光ファイバの斜視図、第3図は第2図のものゝ屈折率
分布を示す図、第4図は種種の屈折率分布を示す図、第
5図は第3図および第4図に示すもの5導波路分散と光
の周波数との関係を示す図、第6図は第2図に示すもの
5各分散と光の波長との関係を示す図、第7図はシミュ
レーションによって求めた光の波長に対する屈折率差さ
コアの直径との関係を示す図である。 1……コア、2……クラツド、n1……コアの屈折率、
n2……クラツドの屈折率、2a……コアの直径、△…
…屈折率差。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 ステップ型かつ1〜3%の高屈折率差を有するコア
    とクラツドとを備えると共に、少なくとも0.04μm
    の波長帯域において全分散が±1ps/Km/nm以下
    となる様に前記屈折率差に応じて定められた外径を有す
    る前記コアを備えたことを特徴とする超広帯域単一モー
    ド光ファイバ。 2 ゲルマニウムを添加した高屈折率のコアを用いたこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の超広帯域単
    一モード光ファイバ。
JP54130449A 1979-10-08 1979-10-08 超広帯域単一モ−ド光フアイバ Expired JPS583205B2 (ja)

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DE8080106026T DE3071147D1 (en) 1979-10-08 1980-10-04 Single mode optical fibers
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JPS5652705A JPS5652705A (en) 1981-05-12
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